光纤通信原理与系统_《通讯原理》基本内容_通信信号处理技术(7)

NAeff =1 ? 0.05? / 2 NAt式中 ? 是纤芯折射率分布指数。

阶跃光纤：

NAeff ? NAt 抛物渐变光纤：NAeff ? 0.975NAt2．数值孔径与光源波长的关系NA eff (0.85? m) ? 0.987NA eff (0.633? m) （阶跃光纤） ?0.987NA t (0.633? m) ?? ?0.962NA t (0.633? m)(渐变光纤）3．数值孔径的物理意义 数值孔径表示光纤采光能力的大小。数值孔径越大，则 光纤与光源或和其他光纤的耦合就越容易。但数值孔径 过大，则Δ大，这会增加光纤传输损耗，故数值孔径应 适当取值。

ITU-T规定：多模渐变光纤的NAt=(0.18～0.24)±0.02 ，单模光纤NAt≈0.11。2.3.2 衰减特性1．定义 （1）衰减常数 光在光纤中传播时光功率的衰减，称为光纤损耗。常用衰 减常数?来表示，其定义为?10 ? Pin ? ? lg ? ? （dB/km） (2-29a) L ? Pout ?物理意义：?表示光纤单位长度上光功率的变化，它影响 光纤传光距离的远近。（2）单模光纤半经验公式? = (0.53+66Δmax+0.21?c)/?4 （dB/km）2．衰减产生的主要原因（1）本征损耗（光纤材料所固有）(2-30)（2）工艺损耗（在提纯、熔炼、拉丝等过程中产生） （3）布线施工损耗① 强弯曲损耗 ；② 微弯曲损耗 ；③ 接头损耗 。3．光纤通信使用的波段（1）短波长窗口（近红是0.80～0.90 ?m，通常使用0.85 ?m。（2）长波长窗口（近红是1.25～1.35 ?m及1.50～1.60 ?m，通常使用1.31 ?m及1.55 ?m。目前的光纤通信系统多采用长波长窗口。光纤通信原理与系统2.3.3 截止波长1．定义截止波长是光纤中只能传导基模的最低工作波长。

若工作波长高于截止波长，则高次模截止，仅仅传导基 模，此时光纤称为单模光纤；若工作波长低于截止波长 ，则高次模传导，此时光纤称为多模光纤。

（1）理论截止波长?ct2?an1max ?ct ? Vc2?max其中Vc ≡ 2.4048(2-31)光纤的单模工作条件为?≥?ct光纤的多模工作条件为?＜?ct （2）2 m长涂覆光纤实测截止波长?c （3）22 m长光缆实测截止波长?cc （4）一个中继段光缆的有效截止波长?ce以上四种截止波长的关系是?ct＞?c＞?cc＞?ce(2-32)3．确定截止波长的目的是为了确实保证光纤中的单模传输。光纤越长，衰减越大，并且高阶模比低阶模衰减得更快 ，因此，若两光纤的a, n1, n2, ?, ?in都分别相同，则短光 纤比长光纤的高阶模多。若两光纤的a, n1, n2, ?in及高阶 模类型均相同，则短光纤比长光纤的?大。所以，只要 保证了最短光纤中是单模传输，就更可以保证任何较长 光纤中也是单模传输。光纤通信原理与系统总之，单模工作条件是?≥?ct＞?c＞?cc＞?ce(2-33)2.3.4 带宽与色散1．光纤带宽的概念光纤的频带特性与光纤的长度有关系，常用“带宽· 距 离”积来表示光纤的频带特性，其单位常使用MHz· km 或GHz· km。

2．影响带宽的原因（1）模间色散 ① 定义 同一波长光信号的不同模式成分之间的色散，称为模间 色散或模式色散。模间色散只在多模光纤中存在。② 产生原因多模光纤中各个模式的光传播的路径和速度不同，使得 在光纤出射端各模式的到达时间不一致，产生时延差， 引起光脉冲展宽。图2-20 模间色散时延差导致光脉冲展宽的证明：抛物渐变光纤（? = 2）具有最小模间色散。? 第一步：证明光纤端面轴心处入射角?in不同的入射子午 光线在纤芯内都通过轴心线上的O’点。图2-21 抛物渐变光纤子午光线模间色散时延差计算图可以证得：?a OO? ? 2?长度与?in无关，这表明?in 不同的入射子午 光线在纤芯内都能汇聚于O‘点。可见OO?●第二步：证明?in不同的入射光线自O→O’的传播时间T都为T ? ? an1 (0) /(c 2? )这表明T与?in 无关，不同的光线在纤芯内走完O→O路径所用的时间 相同，即不存在时延差。结论：从光纤端面轴心处同时入射的子午光线，不论其 入射角?in是否相等，它们都能在抛物渐变光纤内同时 汇聚于轴心线上的同一点。③ 模间最大时延差?M的粗略估算 ? 阶跃光纤? M(L)Ln ? ? cn 22 1? M(1)n1 ? ? c? 渐变光纤rm = 0和rm = a的光线时延差为? M (1)n1 (0) ? 2 ? ta ? t0 ? c 2④ 模间色散带宽计算公式?M≈ ?3dB（ns）(2-46a)(2-46b)BM ≈ 441/?M （MHz）（2）模内色散① 定义同一个导波模式的不同光波长之间的色散，称为模内色 散或色度色散。② 产生原因? 光源光谱不纯;

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